CN108328856A - 一种低浓度有机污染地下水的原位修复工艺及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低浓度有机污染地下水的原位修复工艺，包括在地下水污染区域建设注入井，所述注入井中安装井管，所述井管的底部穿孔，并与含水层连通，穿孔的长度大于污染区域纵向范围；通过注入井向含水层中注入氧气，对含水层进行有氧控制；对含水层进行无氧控制5天或以上后，循环有氧控制和无氧控制至地下水中的有机污染物降解达标。本发明人为调节地下水的溶解氧含量，控制有氧与无氧条件的有序交替，利用含水层中的铁矿物、有机质和微生物等固有组分，实现有氧条件下二价铁矿物活化氧气产生羟自由基对低浓度有机污染物的氧化降解，以及无氧条件下微生物利用有机碳对二价铁矿物的再生。

Description

一种低浓度有机污染地下水的原位修复工艺及其应用
技术领域
本发明涉及地下水处理领域，尤其涉及一种低浓度有机污染地下水的原位修复工艺及其应用。
背景技术
地下水是重要的供水水源，全球大部分地区的生活饮用水及农业灌溉水来自于地下水。地下水与江河湖泊等地表水体存在不同程度的水力联系，地下水水质直接影响地表水环境质量。同时，地下水还是涵养湿地和植被等生态环境的主要水源，对生态环境质量具有十分重要的影响。但是，地下水污染却非常严重。在地下水污染中，以源污染为特征的小面积场地污染地下水，由于污染程度高和危害严重受到了高度关注，其中有毒有机物如氯代烃、苯系物、醚类等引起的污染尤为严重。因此，对受有毒有机物引起的污染场地地下水进行修复具有重要意义。
目前，关于污染场地地下水修复研究和应用，修复方式由早期的抽出异位处理逐渐转变为了目前的原位处理。有机污染场地地下水的原位修复方法主要包括原位曝气、原位化学氧化/还原、原位生物修复等。其中，原位曝气技术主要通过通入空气将地下水中的挥发性有机污染物从水相转移到气相，然后收集到地面处理，因此主要适应于挥发性较强的有机污染物；原位化学氧化/还原则是向地下环境注入氧化剂(如过氧化氢、过硫酸盐、高锰酸盐等)或还原剂(如纳米铁、连二亚硫酸钠等)，直接或间接的使有机污染物氧化或者还原为无毒无害的产物，因此可以适应不同类型的有机污染物；而原位生物修复则是向地下环境注入电子供体(如糖浆等碳源)或者电子受体(如氧气、硝酸盐等)、营养盐以及特定功能菌(也可利用土著菌)，通过刺激和强化微生物的代谢活动转化有机污染物，因此主要用于处理易于生物降解的有机污染物。
但是，以上地下水原位修复技术在处理低浓度有机污染物时存在以下问题：(1)无法高效经济的将低浓度有机污染物处理达标。以上技术通常可以高效经济的将中高浓度的有机污染物降低至一个很低的水平，但是进一步降低至标准值以下会非常困难，而且成本很高。(2)处理原理较为单一。现有修复技术去除污染物的原理或者是氧化或者是还原，这对于能够被氧化或者还原的污染物来说比较有效，而对很多不能被氧化或者还原彻底降解脱毒的有机污染物来说并不奏效，如硝基化合物等。(3)对含水层固有组分的利用不够。含水层中的二价铁矿物具有活化氧气产生羟自由基降解有机污染物的功能，而微生物在氧气耗尽后可以利用有机质来还原三价铁使二价铁得到再生，但是这样的自然过程至今没有被有效利用。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种处理效果好、成本低和环境友好的低浓度有机污染地下水的原位修复工艺及其应用。
本发明的实施例提供一种低浓度有机污染地下水的原位修复工艺，包括以下步骤：
S1.在地下水污染区域建设注入井，所述注入井中安装井管，所述井管的底部穿孔，并与含水层连通，穿孔的长度大于污染区域纵向范围；
S2.通过注入井向含水层中注入氧气，对含水层进行有氧控制，氧气的注入量为含水层中能利用二价铁摩尔量的0.5-50倍，氧气的注入速率为先快后慢；
S3.对含水层进行无氧控制5天或以上后，取地下水分析溶解氧含量，若溶解氧含量降低至0.5mg/L以下，则不注入电子供体，若溶解氧含量高于0.5mg/L，则注入碳源消耗溶解氧；
S4.重复步骤S2和S3至地下水中的有机污染物达标。
进一步，所述步骤S1中，注入井的数量根据污染区域大小来定，注入井单井的服务半径为1-8米，直径为20-150mm，井深大于需要修复的地下水埋深，井管的直径为10-100mm。
进一步，所述步骤S2中，氧气的注入方式为：注入气体、注入水溶液或电解水，注入的气体为空气或纯氧气，注入的水溶液为氧饱和水或过氧化氢。
进一步，所述步骤S3中，碳源为醋酸钠。
进一步，所述步骤S3中，含水层进行无氧控制的时间根据场地不同有所不同，需长于5天。
一种低浓度有机污染地下水的原位修复工艺的应用，所述低浓度有机污染地下水的原位修复工艺适用于污染区域含水层中能利用二价铁含量大于1g/kg，而且含水层的渗透系数大于0.5m/天。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)人为调节地下水的溶解氧含量，控制有氧与无氧条件的有序交替，利用含水层中的铁矿物、有机质和微生物等固有组分，实现有氧条件下二价铁矿物活化氧气产生羟自由基对低浓度有机污染物的氧化降解，以及无氧条件下微生物利用有机碳对二价铁矿物的再生。
(2)主要使用绿色的氧气作为注入药剂，而且处理条件温和，因此对含水层性质和场地地表环境的影响都很小、环境友好。
(3)充分利用氧气与含水层固有组分的相互作用来处理污染物，不需要注入其他化学药剂，因此处理成本很低。
(4)有氧氧化和无氧还原两种不同机理交替发挥作用，使可以处理的有机污染物类型更广，也可处理多种污染物共存的复合污染场地，处理效果好。
附图说明
图1是一种低浓度有机污染地下水的原位修复工艺的一原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明的实施例提供了一种低浓度有机污染地下水的原位修复工艺，包括以下步骤：
S1.在地下水污染区域建设注入井，注入井的数量根据污染区域大小来定，注入井单井的服务半径为1-8米，直径为20-150mm，井深大于需要修复的地下水埋深，所述注入井中安装井管，井管的直径为10-100mm，所述井管的底部穿孔，并与含水层连通，以方便向含水层注入空气、氧气或其他药剂，穿孔的长度大于污染区域纵向范围；
S2.通过注水井向含水层中注入氧气，氧气的注入方式为：注入气体、注入水溶液或电解水，注入的气体为空气或纯氧气，注入的水溶液为氧饱和水或过氧化氢。
对含水层进行有氧控制，氧气的注入量为含水层中能利用二价铁摩尔量的0.5-50倍，氧气的注入速率为先快后慢，根据注入的氧气总量确定具体速率，注入的氧气会在含水层可利用二价铁作用下产生强氧化性的羟自由基，使有机污染物发生氧化降解；
S3.对含水层进行无氧控制5天或以上后，水层进行无氧控制的时间根据场地不同有所不同，需长于5天，取地下水分析溶解氧含量，若溶解氧含量降低至0.5mg/L以下，则不注入电子供体，若溶解氧含量高于0.5mg/L，则注入碳源消耗溶解氧，碳源优选为醋酸钠；当溶解氧耗尽后，含水层中的微生物将还原三价铁矿物为二价铁。
S4.重复步骤S2和S3，控制有氧与无氧条件的交替和重复至地下水中的有机污染物达标。
低浓度有机污染地下水的原位修复工艺适用于污染区域含水层中能利用二价铁含量大于1g/kg，而且含水层的渗透系数大于0.5m/天。
地下水赋存特点：污染含水层通常为还原性，主要发生还原作用，但是其中的有机污染物如苯系物等很难再接受电子还原。铁是地壳中含量很丰富的元素，在含水层沉积物中含量较高，而且一般以还原态二价铁矿物形式存在，发挥还原作用。
氧化作用：由于含水层固有的还原作用难以去除有机污染物，因此通过引入氧气激发氧化作用成为去除有机污染物的有效途径。氧气是绿色氧化剂，但是通常不能直接氧化有机污染物。氧气引入还原性含水层后，在二价铁矿物的作用下可被活化为过氧化氢，过氧化氢进而在二价铁矿物作用下转化为强氧化性的羟自由基，从而提升氧化能力实现氧化功能，使共存的有机污染物得到氧化降解去除。
二价铁再生：在氧化完毕后，随着二价铁的消耗注入的氧气将无法被有效的转化为羟自由基，使氧化功能逐渐丧失。因此需停止注入氧气控制含水层为厌氧还原态，利用固有的有机碳或注入有机碳作为电子供体，使前期氧化形成的三价铁矿物重新被还原为二价铁，实现二价铁矿物的再生，使氧化和还原循环得到进行，如图1所示。
本发明人为调节地下水的溶解氧含量，控制有氧与无氧条件的有序交替，利用含水层中的铁矿物、有机质和微生物等固有组分，实现有氧条件下二价铁矿物活化氧气产生羟自由基对低浓度有机污染物的氧化降解，以及无氧条件下微生物利用有机碳对二价铁矿物的再生；主要使用绿色的氧气作为注入药剂，而且处理条件温和，因此对含水层性质和场地地表环境的影响都很小、环境友好；充分利用氧气与含水层固有组分的相互作用来处理污染物，不需要注入其他化学药剂，因此处理成本很低；有氧氧化和无氧还原两种不同机理交替发挥作用，使可以处理的有机污染物类型更广，也可处理多种污染物共存的复合污染场地，处理效果好。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低浓度有机污染地下水的原位修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在地下水污染区域建设注入井，所述注入井中安装井管，所述井管的底部穿孔，并与含水层连通，穿孔的长度大于污染区域纵向范围；
S2.通过注入井向含水层中注入氧气，对含水层进行有氧控制，氧气的注入量为含水层中能利用二价铁摩尔量的0.5-50倍，氧气的注入速率为先快后慢；
S3.对含水层进行无氧控制5天或以上后，取地下水分析溶解氧含量，若溶解氧含量降低至0.5mg/L以下，则不注入电子供体，若溶解氧含量高于0.5mg/L，则注入碳源消耗溶解氧；
S4.重复步骤S2和S3至地下水中的有机污染物达标。
2.根据权利要求1所述的低浓度有机污染地下水的原位修复工艺，其特征在于，所述步骤S1中，注入井的数量根据污染区域大小来定，注入井单井的服务半径为1-8米，直径为20-150mm，井深大于需要修复的地下水埋深，井管的直径为10-100mm。
3.根据权利要求1所述的低浓度有机污染地下水的原位修复工艺，其特征在于，所述步骤S2中，氧气的注入方式为：注入气体、注入水溶液或电解水，注入的气体为空气或纯氧气，注入的水溶液为氧饱和水或过氧化氢。
4.根据权利要求1所述的低浓度有机污染地下水的原位修复工艺，其特征在于，所述步骤S3中，碳源为醋酸钠。
5.根据权利要求1所述的低浓度有机污染地下水的原位修复工艺，其特征在于，所述步骤S3中，含水层进行无氧控制的时间根据场地不同有所不同，需长于5天。
6.一种低浓度有机污染地下水的原位修复工艺的应用，其特征在于，所述低浓度有机污染地下水的原位修复工艺适用于污染区域含水层中能利用二价铁含量大于1g/kg，而且含水层的渗透系数大于0.5m/天。
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